Технологія метанового зброджування гнойової біомаси (стр. 6 из 8)
де МП- добова кількість підстилки, кг.
РВ=
=49,37 %РП=
РП=
=1,3 %Вологість гною при стійлово-табірній та стійлово-пасовищній системі утримання.
При цій системі тварини можуть утримуватися 245 діб в приміщеннях з використанням підстилки і 120 діб - в таборах без використання підстилки.
Вологість гною у ньому випадку розраховується за формулою:
WГ=
де: WГ- підносна пологість гною, який поступає з ферми, %; W1- відносна пологість гною при підстилковому утриманні, %; W2- відносна вологість гною при безпідстилковому утриманні. %.
WГ=
=76 %Вміст сухої речовини в гнойовій біомасі.
Для забезпечення ретабельності біогазового виробництва вміст сухої речовини в гнойовій біомасі має становити 8-12%, а органічної речовини - 85%. Це, як правило, забезпечують скребкові (транспортерні) системи прибирання гною і, навпаки, не забезпечують системи гідрозмивання та гідро сплавлення.
Ра.с.р.=
де: Ра.с.р.- вміст абсолютно сухої речовини в гнойовій біомасі; Qг- вихід гною з ферми (добовий або річний), т; WГ- відносна вологість гною, який виходить з ферми, %.
Ра.с.р.=
=2896,06 тВміст органічної речовини в гнойовій біомасі.
Дослідженнями установлено, що в гної різних видів сільськогосподарських тварин міститься у середньому до 80% органічної речовини і біля 20% неорганічної.
Кількість органічної речовини в гнойовій біомасі, яку одержують від тварин за добу та за рік, визначається за формулою:
ОР=Ра.с.р.*0,8
де: ОР - добова або річна кількість органічної речовини в гної, т (кг); Ра.с.р.- добова або річна кількість абсолютно сухої речовини, т (кг).
ОР=2896,06*0,8=2316,8 т
Визначення основних параметрів системи анаеробного зброджування гнойової біомаси (метантенка) БГУ.
До найбільш значущих параметрів системи анаеробного зброджування гнойової біомаси належать: добова продуктивність реактора або його здатність пропускати кількість гною, який виходить зферми: добовий обсяг завантаження бродильної камери; об'єм реактора БГУ; добовий та річний вихід біогазу залежно від хімічного складу гнойової біомаси та ін.
Добова продуктивність реактора, або його пропускна здатність щодо вихідного гною.
Gдоб.=
де Gдоб- добова продуктивність щодо вихідного гною, т/добу; Qг річн.- річна кількість гнойової біомаси на фермі, т; t річн. - кількість діб у році (365); tз- тривалість випуску й обслуговування реактора, діб (у середньому 30 діб).
Gдоб.=
=36,02 т/добуДобовий обсяг завантаження метантенки, м3.
Добовий обсяг завантаження метантенка (Q доб., м3) дорівнює добовому виходу з ферми гною вологістю 88—92%.
Qдоб.=
де Qдоб.- добовий обсяг завантаження метантенка, м3; WГ1 - відносна вологість гною,який виходить з ферми, %; WГ2 - відносна оптимальна вологість гною (88-92%); Qдоб.-добовий вихід гною на фермі, т; gг- питома вага 1 м3 гною при певній оптимальній вологості (88-92%).
Qдоб.=
=0,44 м3Місткість (об'єм) бродильної камери (метантенка) БГУ.
Рентабельність біогазового виробництва значною мірою залежить від об'єму бродильної камери. При її проектуванні перш за все враховується кількість гнойової біомаси, яка підлягає утилізації, та режим роботи БГУ.
VK=
де: VK- місткість бродильної камери, м3; Qдоб.- добовий обсяг завантаження метантенка, м3; р - добова доза завантаження, % (для мезофільного процесу - 7%, для термофільного процесу - 15%); g - коефіцієнт заповнення камери (у межах 0,8-0,95).
VK=
=7,86 м3Об'єм газогенерації, м3 (добовий вихід біогазу).
Максимальний вихід біогазу на стадії найбільш інтенсивного мета-ногенезу залежить від хімічного складу біомаси, який визначається видом тварин і відповідно раціоном, який вони одержують.
Із 1 кг сухої речовини гнойової біомаси, внесеної в реактор біогазової установки, теоретично можна одержати в середньому 0,4-0,6 м3 біогазу. Враховуючи те, що лише 40-50% сухої речовини гною у процесі метано-генезу трансформується в біогаз, реальний вихід біогазу із 1 кг сухої речовини гною великої рогатої худоби становить у середньому 0,2-0,5 м3, а з еквівалентної маси свинячого гною - 0,3-0,7 м3 (реактор працює на ме-зофільному режимі). Із біомаси курячого посліду біогазу виходить більше, ніж із гною великої рогатої худоби або свиней (таблиця 11).
При ферментації екскрементів від однієї тварини можна отримати біогазу в середньому за добу: великої рогатої худоби (жива маса 500-600 кг) 1,5 м3, свині (жива маса 80-100 кг) 0,2 м3, курки або кроля -0,015 м3.
Крім кількості сухої речовини, суттєвим параметром, який впливає на вихід біогазу, є вміст та склад органічної речовини, особливо кількість жирів, білків, вуглеводів.
Таблиця 11.
Вихід біогазу (метану) при анаеробному зародженні сільськогосподарських відходів.
| Відходи | Вихід біогазу на 1 кг сухої органічної речовини, м3 | Вміст СН4, % |
| Гній: великої рогатої худоби свиней конейКурячий послід | 0,3800,5800,2500,630 | 55,077,060,079,2 |
Вуглеводи, як правило, знаходяться у формі поліцукрів і тому вимагають більш тривалої ферментації. Помітно знижується утворення біогазу в присутності лігніну, тому що він в процесі метанового бродіння практично не розкладається.
Співвідношення кількості біогазу, який може бути виділений із органічної речовини гнойової біомаси дійних корів (Д), відгодівельних бичків (Б), свиней (С) і курей (К) в процесі метанового бродіння при мезофільній температурі орієнтовно може бути таким: Д:Б:С:К = 5:7:8:10.
Добовий вихід біогазу розраховується за формулами з врахуванням вмісту в гнойовій біомасі сухої (ф. 19) або органічної (ф.20) речовин:
VГ=
де: VГ - добовий або річний вихід біогазу, м ; Ра.с.р. - добова або річна кількість сухої речовини, т (кг); Z - стан розкладання органічної речовини, % (30); К - коефіцієнт розчинності біогазу (1,1-1,5); v - питома вага біогазу (при вмісті за об'ємом: метану 65 % та діоксиду вуглецю 35 % -дорівнює 0,00117 т/м3 або 1,17 кг/м3).
VГ=
=675072,26 м3VГ= Ра.с.р*К*р
де: VГ - добовий або річний вихід біогазу, м ; Ра.с.р. - добова або річна кількість сухої речовини, кг; р - вихід біогазу з 1 кг органічної речовини: гній врх - 0,2-0,5 м3;
гній свиней — 0,3-0,6 м3;
послід курей - 0,5-0,7 м3;
К - коефіцієнт зброджування органічної речовини (0,3).
VГ=2896,06*0,3*0,2=173,76 м3
Визначення виходу залишкової продукції.
Після зброджування гнойової біомаси і одержання біогазу залишається тверда фракція гною (шлам) і надосадова рідина (рідка фракція). Кількість твердої і рідкої фракції залежить як від вологості гною, який завантажується, так і вологості фракцій, які одержуємо (твердої і рідкої).
В середньому з 1 кг органічної речовини, біологічно розкладеної на 70 %, можна одержати 0,5 кг біогазу, 0,2 кг води і 0,3 кг нерозщепленого залишку шламу.
Поділ біомаси після зброджування в реакторі на тверду і рідку фракції можна проводити з допомогою сепаратора (центрифуги) або віброгрохота.
Вихід твердої фракції (шламу).
Тверда фракція гною містить значну кількість поживних речовин і може використовуватись як цінне знешкоджене органічне добриво або кормові добавки.
Анаеробна ферментація гнойової біомаси супроводжується зменшенням у шламі майже на 50 % сухої органічної речовини порівняно з вихідним гноєм за рахунок включення 10—15 % вуглецю субстрату у мікробіальну масу, а також у такі компоненти біогазу, як метан і діоксид вуглецю.
Склад шламу залежить від хімічного складу вихідної сировини, а також параметрів процесу біометаногенезу.
При зброджуванні гною в ньому зберігаються необхідні для рослин біогенні елементи (N, Р, К) і поживні речовини знаходяться в більш доступній формі, що забезпечує підвищену біологічну активність шламу як органічного добрива. Крім того, шлам містить значну кількість білків і вітаміну В12, за рахунок чого його можна використовувати як білково-вітамінну кормову добавку.
Річний вихід твердої фракції визначається за формулою:
Мш.річн.=Qг річн.* 
де: Мшрічн.- річна маса шламу, т; Qг річн - річний вихід гною, т; Wg - вологість рідкої фракції, % (98-99); WГ - вологість гною, що завантажується, % (88-92); WШ - вологість шламу, % (87).
Мш.річн.=12066,9*
=10860,21 т